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回复:生命中的控制现象

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现在我提前结束铺垫,开始进入眼睛屈光度发育机制的讨论,在遇到控制方面的术语时,再来科普一下。
先简单科普一下眼睛屈光度概念。
屈光度其实是一个光学概念,是对近视眼、正视眼、远视眼的一个量化参数,它不涉及眼睛的病理和生理方面,但病理生理变化有可能影响到屈光度。


22楼2016-01-17 16:43
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    屈光度为负值时是近视眼,绝对值越大程度越严重,屈光度为正值时是远视眼,绝对值越大程度越严重,屈光度为零时,是正视眼,从实际效果看,一般把0~+75°的范围都看做正视眼。
    屈光度有两个表示法,相差一百倍,比如近视一百度°,可以表示为-100°,这是常规表示,方面配眼镜等等的,也可以表示为-1D,这是专业表示,用来做具体计算的,我这里都使用常规表示。


    23楼2016-01-17 16:44
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      远视眼并没有看得更远的含义,因为正视眼已经能够看清无穷远处的景象了。
      屈光度的实际含义,是以睫状肌完全放松状态下,比如散瞳之后的状态下,眼睛看得最清楚的距离为计算依据的。
      正视眼在放松状态正好把无穷远的景物看清楚,越近越模糊,要想看清楚,就需要睫状肌用力调节,越是看近处,调节力度越大。


      24楼2016-01-17 16:45
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        近视眼在放松状态下,看得最清楚的距离低于无穷远,如果这时正好把一米距离处看清楚,就是近视100°,把半米距离看得最清,则是近视200°,-300°的含义是放松状态时最清晰距离为33.3厘米,-400°的含义就是最清晰距离25厘米,这其中的计算公式我就不给了,有兴趣你自己都能够分析出来。说明一点,由于瞳孔的‘针孔效应’,能够看清楚的是一个距离范围,而不是一个点,所以不能过于机械的理解最清晰距离这个概念。
        在睫状肌放松状态下能够看清半米远,更近的距离就需要睫状肌调节了。那么更远的距离呢?没办法了,除开戴眼镜,怎么也无法看清楚了,因为睫状肌用力调节,只能让清晰视距向近处移动。也就是说,近视眼意味着怎么也看不清远处,度数越高,能够看清的最远距离越短。


        25楼2016-01-17 16:46
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          既然正视眼已经看得清无穷远,那么远视眼就不可能看得更远,远视眼的真实含义是,即使看无穷远处,也需要睫状肌用力调节,在放松状态下,远近都看不清楚,越近越看不清。远视度数越高,就需要更大的调节力度去看远处,看近处需要的调节力度自然也更大。
          结论是,正视眼正好合适,近视和远视都不是好事。远视眼睫状肌老是处于疲劳状态,度数越高就越严重,而近视眼问题更大,在某个距离之外的景物怎么也看不清,度数越高,看得清的范围越小。


          26楼2016-01-17 16:46
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            再来一个相反证据:单纯近视,即-600°以内的中低度近视,同卵双生子之间相关系数0.72,平均度数差异约60°。也就是说,遗传基因完全一致的同卵双生子,彼此的屈光度并不一致。
            这个证据直接表明,遗传不能完全决定屈光度,环境因素有作用。
            但这个证据只能说明环境因素能够起作用,并不说明眼睛屈光度在发育期间存在调节控制机制。
            还需要进一步的证据和分析。


            30楼2016-01-17 16:50
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              我自己是先入为主的猜测,在眼睛的发育过程中存在一个调节控制机制,然后才在眼科医学著作中找到支持证据的。
              现在我也从这个思路来讨论。
              我认为存在这个机制的最初推理是这样的:
              第一,眼科医学普遍认为用眼习惯是影响近视眼的重要因素,说明环境因素对屈光度有影响。
              第二,小孩子开始近视以后,近视度数是逐渐加深的,而且延续时间相当长,说明这需要一个积累过程。
              第三,成年之后,即使用眼习惯仍然不好,但近视度数却慢慢稳定下来,这说明环境因素的影响主要对发育过程起作用。
              很明显,这个推理不是严密的逻辑推理,更像一个猜测。


              31楼2016-01-22 21:02
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                从一个猜测出发去寻找证据,我需要把猜测具体化,才能够做出预测并且寻找验证,也就是说,我需要猜测出这个控制机制的类型。
                我猜测这是一个闭环调节机制,也是工程控制领域最常见的机制。
                先科普一下闭环调节是什么意思。
                首先,它是一个调节控制,和逻辑控制对应,意思是控制的对象是连续变化的,而不是在有限状态中做逻辑选择。眼睛屈光度很明显是一个连续变化量,所以这个猜测是顺理成章的。
                其次,它是闭环的,和开环控制对应。开环控制是‘做了之后就不再管’的控制方式,如果采用开环控制,身体需要准确知道当前的屈光度是多少,和预定目标差多少,才可能决定需要调整多少,我认为这是不可能实现的,身体没有检测屈光度的能力。
                而闭环控制是‘边做边调整’的控制,需要有一个汇报实际情况的信号,这个信号不一定是屈光度,只要这个信号能够区分出近视眼、正视眼以及远视眼的差别,就可能实现比较准确的控制。
                这比较符合身体的实际,所以我会这样猜测。


                32楼2016-01-22 21:03
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                  闭环控制的环节可以简化成这样:控制目标——与实际比较——控制决策——执行——结果输出并返回信号到比较环节。这里,信号的返回我们称为反馈信号。
                  撇开控制目标这个入口和结果输出这个出口,我们顺着因果关系走一下:比较——决策——执行——反馈——比较……
                  出现了因果循环,而且没有尽头,这就是‘闭环’的由来。
                  注意,反馈信号导致的决策调整必然是反方向的,即如果发现是近视了,应该向远视方向调整,发现远视了,应该向近视方向调整。这种特征称为负反馈,和正反馈对应,而正反馈明显不能作为调节方式,它只会捣乱,所以闭环调节一定是负反馈型,不需要区分说明。


                  33楼2016-01-22 21:04
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                    科普暂时进行到这里,我们继续。
                    闭环控制必然存在执行环节,这个环节必然对屈光度有影响,那么在之前提到的四个因素中,至少应该有一个,是受到控制影响的,会不同于遗传结果,也就是说,至少有一个因素,在成年之后检查,是完全不符合遗传规律的。而控制机制很少会同时把所有的因素作为执行的手段,因为这样会相当麻烦,没有必要,所以,可以预测,也最多只有一两个因素不符合遗传规律,其他因素都应该有明显的遗传规律呈现。
                    这是第一个预测,在眼科医学里得到了验证,眼科医学发现,眼轴长度、角膜曲率、晶状体后壁曲率,在成年之后统计,都相当明显的符合遗传规律,但晶状体前壁曲率在成年后完全不显现任何遗传规律。
                    这个证据告诉了几个情况:第一,之前猜测的这四个因素是由单基因控制,是有根据的。第二,晶状体前壁曲率,应该就是发育控制机制的执行环节。
                    其实这里还可以进一步推理,对于新生儿来说,晶状体前壁曲率没有受到发育调节影响,所以应该仍然符合遗传规律,可惜这个证据在眼科屈光学中没有找到,估计是没有进行这个统计。


                    34楼2016-01-22 21:05
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                      继续预测。
                      如果眼睛在发育中的确存在一个屈光度闭环控制机制,那么在发育过程中一定会出现一个屈光度参数集中的趋势。
                      这是由闭环控制的负反馈机制决定的,负反馈信号让身体能够获得实际屈光度高于目标还是低于目标的信息,并且反方向做出调整,就一定会造成远视眼向近视方向发育,近视眼向远视方向发育的趋势,最后在中间某个位置集中。
                      而在新生儿时,发育机制还没有来得及起作用,所以眼睛屈光度应该完全由遗传决定。在多因素影响下,按照概率学,屈光度应该呈现正态分布。
                      预测结果是,发育结束的青年时期,人群中的屈光度分布应该相当集中,而新生儿的屈光度分布应该分散很多,并且呈现出正态分布。
                      而青年时期屈光度的统计,应该避开现在中国的年轻人,因为学校教育的因素,近视眼出现高发情况,如果发育调节机制存在的话,就已经受到干扰了。最好在接近原始的数据下先弄清楚这个机制,再根据弄清楚的东西去分析这种干扰是怎么回事,要容易得多。


                      35楼2016-01-22 21:05
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                        我在《眼科屈光学》一书中找到了两个数据图,一个是1936年对五千名美国应征青年的屈光度统计,另一个是Cook等人对一千个新生儿用散瞳方法测定的屈光度分布数据图。
                        应征青年的数据需要分析一下有没有代表性。如果是入伍青年的数据就肯定没有代表性,至于应征青年的数据,就要看当时美国的兵役制度了,如果规定是所有年轻人都有义务应征,是不是不适合入伍由体检结果决定,那么就有足够的代表性,国外眼科学者普遍认为这个数据是具有代表性的。
                        下面两个图就是来自《眼科屈光学》(徐广第主编)一书。第一张是应征青年的屈光度统计,第二张是新生儿的。


                        36楼2016-01-22 21:06
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                          37楼2016-01-22 21:08
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                            从左边图中看出,青年人的屈光度分布中,0~+100屈光度的比例达到64.9%,-100~+200这个范围的比例达到92.8%,分布最大值在正视眼位置。近视眼总比例为8.9%,其中轻度近视约占一半,远视眼总比例为27.7%,其中轻度远视占大多数。
                            右边图形显示,新生儿的屈光度分布曲线不是正态分布。仔细观察可以发现,远视部分的分布比较接近正态分布,而近视部分好像缺了一个口子,导致近视眼的比例(25.1%)远低于远视眼比例(68.8%),而正视眼比例只有6.9%。
                            考虑到近视眼在原始自然状态下适应能力很低,进化结果导致近视倾向的基因会受到压制,那么新生儿的屈光度分布曲线偏离正态分布就并不难以理解了。
                            两个图形对比,青年人的屈光度分布呈现明显集中,近视眼比例和远视眼比例都远低于新生儿,正视眼的比例则提升了近10倍。
                            预测得到了验证。
                            连续两个预测得到验证,并不意味着我的猜测已经得到证明,但至少已经有一点靠谱了吧。
                            在后面的讨论中,我会从眼睛发育调节机制存在的假设出发,进一步分析这个机制中的控制目标,反馈信号,执行环节机制等等,并且进一步做出预测,去寻求已知数据的验证。


                            38楼2016-01-22 21:09
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                              我们已经知道了眼睛的屈光度在发育过程中变化很大,而且存在明显的向正视眼方向集中的趋势,这说明发育过程中存在一个选择性的机制,能够确定该向什么方向发育,你可以不把它称为调节机制(调节就是控制的一种),但你无法否认这个机制的存在。
                              关于新生儿的屈光度,需要说明一下,屈光度不是影响视力的唯一因素,新生儿视力极差,并不代表他们屈光不正。没办法对新生儿用视力表测屈光度,但可以直接用光学仪器散瞳后测定,误差并不大。
                              另外,单一视力表无法确定是不是近视,它只能确定你的视力好不好,至少需要大小两个视力表才能确定屈光度,小视力表在近处,大视力表在远处,让两个视力表上的符号在视网膜上形成同样大的投影,这时两个视力表测出的视力差别,才是屈光度的依据。在小视力表上测出的视力比大视力表测出的视力好,就说明你是近视眼,根据差值可以折算出屈光度。如果两个视力表测出的视力同样差,那么眼镜对你没有用了,你得看眼科医生,检查别的方面。更直接的方法则是散瞳后用仪器进行光学测量。


                              39楼2016-01-23 20:33
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